王從閣

摘 要：眾所周知電源技術(shù)作為現(xiàn)今通信技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)且在大數(shù)據(jù)時代通信設(shè)備的廣泛運用促使了其相對應(yīng)的性能供給需求在一定范圍內(nèi)源源不斷的上升，其在極大程度上促使了市場以及民生對于通信電源技術(shù)智能化以及高效化的迫切需求。基于現(xiàn)今計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各能力結(jié)合衍生而出的大數(shù)據(jù)庫在信息匯總梳理應(yīng)用層面所帶來的遠(yuǎn)超其余技術(shù)于便利性以及時效性上的卓越領(lǐng)先，其在極大層面上給通信行業(yè)的運轉(zhuǎn)帶來了優(yōu)良的體系建立優(yōu)勢。本文對5G時代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決思路進(jìn)行分析，以供參考.

關(guān)鍵詞：5G時代;通信電源;挑戰(zhàn);解決思路

引言

信息化技術(shù)的發(fā)展帶領(lǐng)人們進(jìn)入了5G領(lǐng)域的大門，這也為生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域帶來了更廣闊的發(fā)展空間，各行各業(yè)也面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。例如在通信電源系統(tǒng)運行時往往會遇到電力引入困難或者機房空間有限等問題，因此在實際研究的過程中，應(yīng)不斷加強對5G架構(gòu)的了解，進(jìn)而保證在第一時間解決通信電源系統(tǒng)運行中的問題，使其可以在5G時代中得到全面的提升，為我國5G發(fā)展進(jìn)入新的領(lǐng)域提供條件。

1概述

移動通信技術(shù)的更新頻率和發(fā)展速度非?？欤?G作為最新一代移動通信技術(shù)，在通信領(lǐng)域得到了大力研究與發(fā)展，已經(jīng)在全球多個國家或地區(qū)開始商用。伴隨當(dāng)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G移動通信技術(shù)也開始在日常生活與工作中得到大量應(yīng)用。現(xiàn)如今，為了更好地應(yīng)用5G，我國正在大規(guī)模建設(shè)5G通信設(shè)施。此外，在5G通信技術(shù)方面，我國也取得了重大的研究成果，這些成果將在不久的將來得到廣泛的普及和應(yīng)用，大大改善人們的生活方式和生活條件。目前，5G通信設(shè)施的建設(shè)在我國一些大中型城市進(jìn)展很快，5G信號在城市的一些中心功能區(qū)得到了很好的覆蓋，依托于5G通信的新產(chǎn)業(yè)將得到迅速發(fā)展。在建筑的功能性設(shè)計方面，除了現(xiàn)有的2/3/4G通信信號的覆蓋范圍外，5G信號的覆蓋范圍將提高智能建筑的功能，讓人們體驗到更加便捷、實用、舒適的工作與生活。5G作為通信信號覆蓋的剛需，應(yīng)在技術(shù)設(shè)計中進(jìn)行合理分配。本文對5G移動通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的主要要點進(jìn)行了簡單闡述，從而對項目建設(shè)的需要進(jìn)行滿足。

2 5G通信技術(shù)

目前，移動通信的技術(shù)通常使用4G，5G作為一種技術(shù)的更新和升級，有最快速度的特點，寬帶對比之前更大、更高，并開始發(fā)揮巨大作用，在持續(xù)、迅速提升的移動通信中，還可以與其他通信技術(shù)進(jìn)行無縫連接[2]。它的自適應(yīng)、自檢測和智能化的特性可以滿足各領(lǐng)域更高的要求。

3數(shù)字控制策略設(shè)計

3.1占空比

開關(guān)管導(dǎo)通信號通過兩路ZCD（ZeroCrossDetection）信號獲得，關(guān)斷信號通過電壓環(huán)PI輸出值獲得。STM32G431通過定時器產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號vGS1和vGS2。在變換器實際工作中，由于續(xù)流二極管D1，D2反向恢復(fù)電流的存在，需要對二極管恢復(fù)導(dǎo)通時間進(jìn)行補償，增加輸入電流平均值，提高輸入功率因數(shù)。1）兩路輸入電感電流為CRM模式;2）兩路Boost電路驅(qū)動信號間180°移相控制;3）輸出電壓穩(wěn)定。同時為了便于器件和濾波器設(shè)計，需要保證工作開關(guān)頻率在一定范圍之內(nèi)。

3.2頻率

為了保證變換器工作在期望的頻率范圍之內(nèi)，需要避免出現(xiàn)過高的開關(guān)頻率。本文通過對原始采樣的過零信號進(jìn)行3級濾波達(dá)到限頻的目的，其原理如圖6所示（圖中通過“叉號”標(biāo)示每級濾波去除的波形成分）。第一級濾波。利用STM32G431提供的內(nèi)部比較器COMP1和COMP2將過零點信號采樣與設(shè)置門限值Vth比較，濾掉反復(fù)穿越0點的高頻信號。第二級濾波。兩路驅(qū)動信號vGS1，vGS2與芯片輸出的限頻信號S1_Lim，S2_Lim相“或”。由此在限頻信號周期內(nèi)，不會再產(chǎn)生清零信號，使得驅(qū)動信號vGS1和vGS2頻率不超過限頻信號頻率。第三級濾波。利用STM32G431定時器外部事件的濾毛刺功能進(jìn)行第三次濾波，濾掉持續(xù)時間低于一定值的毛刺信號。

4城市電網(wǎng)典型場景及故障特征

4.1單電源網(wǎng)絡(luò)場景

輻射狀配電網(wǎng)或開環(huán)運行的手拉手環(huán)網(wǎng)都屬于單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某一區(qū)段發(fā)生故障后，故障點上游電流由系統(tǒng)電源提供且單向流動，故障點下游電流為零。系統(tǒng)電源一般為同步發(fā)電機，故障電流由內(nèi)部電動勢、內(nèi)阻抗及外電路等值阻抗所決定。在配電網(wǎng)中，系統(tǒng)電源較強，內(nèi)阻較小，因此輸出的故障電流較大，一般為負(fù)荷電流的幾倍至十幾倍。

4.2閉環(huán)運行場景

為了提高供電可靠性，某些大城市的核心區(qū)域已開始采用閉環(huán)運行方式。該場景一般由系統(tǒng)電源供電，某一區(qū)段發(fā)生故障后，該區(qū)段兩側(cè)電源均會向故障點提供電流，方向為母線指向故障點，與輸電線路相似。由于配電線路較短，各點電壓相位基本相同，故障后線路兩側(cè)的電流滯后電壓的角度約為線路的阻抗角，因此，故障區(qū)段兩側(cè)短路電流相位相差不大，幅值則由故障點位置、系統(tǒng)等值阻抗等因素決定。值得注意的是，以上幾種場景可能獨立存在，如風(fēng)電送出線路、未接入分布式電源的環(huán)網(wǎng)等;也可能互相組合，如分布式電源接入到輻射狀、手拉手環(huán)網(wǎng)以及閉環(huán)結(jié)構(gòu)中，此時需依據(jù)實際場景并結(jié)合分布式電源類型具體分析。為解決城市新形態(tài)配電網(wǎng)面臨的保護(hù)問題，本文以5G通信作為數(shù)據(jù)交換通道，圍繞分布式縱聯(lián)保護(hù)在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用策略開展研究。分析了單電源網(wǎng)絡(luò)、含分布式電源網(wǎng)絡(luò)以及閉環(huán)運行網(wǎng)絡(luò)3種場景下的故障特性，提出了與3種場景相對應(yīng)的閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)、幅值比較式縱聯(lián)保護(hù)以及電流差動縱聯(lián)保護(hù)策略，給出了各方案對通信性能以及數(shù)據(jù)同步方面的具體要求。所提保護(hù)策略將為5G在城市電網(wǎng)保護(hù)與控制中的應(yīng)用提供參考。現(xiàn)階段仍處于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)時期，5G通信技術(shù)還未完全成熟?；诖耍瑢νㄐ攀艿礁蓴_、失去通信等異常情況暫未考慮。但可以預(yù)見，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步建設(shè)與完善，5G將成為城市配電網(wǎng)中實現(xiàn)分布式保護(hù)控制的重要通信方式。

5 5G站點電源改造分析

5.1空調(diào)改造原則和建議

空調(diào)是5G站點的電源系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，主要是對機房進(jìn)行降溫，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。評估機房空調(diào)的改造方案時，需要計算出機房空調(diào)的總制冷量的需求，空調(diào)熱負(fù)荷對應(yīng)的制冷量計算如公式（3）。制冷量=設(shè)備功耗+機房面積*單位面積制冷功率。（3）單位面積的制冷功率需要根據(jù)不同區(qū)域的環(huán)境而定，不是一個確切統(tǒng)一的數(shù)值。5G站點的空調(diào)改造建議如下。（1）根據(jù)計算出來的制冷量總需求來選擇最合適的空調(diào)類型和空調(diào)數(shù)量。（2）在現(xiàn)有基建的條件下，充分考慮空間的限制和安裝條件的限制，再決定是新增空調(diào)還是替換空調(diào)。

5.2開關(guān)電源改造原則和建議

5G基站電源系統(tǒng)中開關(guān)電源具有三大功能：整流、配電和電池管理。整流是將交流電變換為直流電;配電是合理分配電源系統(tǒng)的交流和直流電能;電池管理是對蓄電池組進(jìn)行充電和放電的控制。開關(guān)電源模塊的數(shù)量配置原則為N+1，即N個開關(guān)電源的總?cè)萘啃枰笥陔娫聪到y(tǒng)的電流要求。現(xiàn)有基站中開關(guān)電源容量一般為300A或者600A，5G電源系統(tǒng)的直流負(fù)荷電流大概在150A左右，若計算總負(fù)荷電流大于開關(guān)電源容量，可以從以下方面進(jìn)行改造：（1）若可以通過擴(kuò)容滿足要求，需要使用與原開關(guān)電源模塊一致的型號來進(jìn)行整流模塊的擴(kuò)容。（2）若無法新增同型號開關(guān)電源，可以考慮替換新的大容量開關(guān)電源來實現(xiàn)擴(kuò)容。（3）若開關(guān)電源總?cè)萘繚M足要求而剩余的端子數(shù)量不足時，需要通過新增直流配電箱來解決。

5.3外市電改造

（1）若變壓器的容量滿足要求，而引線線徑偏小，則需要更換更粗或者阻抗更小的電纜。（2）若接火點是單相的，則必須將其改造為三相供電。（3）采用配電箱引線的區(qū)域，需要改造為變壓器引線供電。（4）若電纜滿足要求而變壓器容量超出負(fù)荷時，需要重新建立一路外市電，并配置交流配電箱和開關(guān)電源系統(tǒng)。（5）若電纜和接火點都不滿足要求，則需要新建一路外市電和配套電源，同時使用兩套系統(tǒng)來對基站進(jìn)行供電。5G站點的電源改造中，外市電的改造是工作量最大的，所以在5G大規(guī)模建設(shè)的時候，城區(qū)里面的5G基站都是移動、電信、聯(lián)通三家共享的。

6氮化鎵半導(dǎo)體的發(fā)展及應(yīng)用

6.1通信領(lǐng)域

5G大功率基站GaN功率放大器主要應(yīng)用于5G大功率基站中，解決了5G移動網(wǎng)絡(luò)中面積小但數(shù)據(jù)流量請求相對集中的問題。MIMO基站氮化鎵功放單元實現(xiàn)了從傳統(tǒng)4G基站4～8通道至5G大規(guī)模MIMO基站64通道的跨越，通道數(shù)量提升8倍以上，而整機體積僅增大2倍左右。其主要應(yīng)用于5G通信32通道及64通道MIMO基站功放中，構(gòu)成5G網(wǎng)絡(luò)終端與基站最主要的數(shù)據(jù)傳輸場景。5G毫米波基站GaN單片功率放大器，具有超大帶寬和超低時延等特點。超大帶寬帶來巨大的數(shù)據(jù)傳輸能力，用于海量5G通信數(shù)據(jù)的回傳;超低時延將用于自動駕駛等對通信延遲要求特別高的全新物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。而毫米波技術(shù)可以通過提升頻譜帶寬來實現(xiàn)超高速無線數(shù)據(jù)傳播，與5G要求完美契合，從而成為5G通信關(guān)鍵技術(shù)之一。

6.2電子領(lǐng)域

氮化鎵晶體管適用于高頻、高壓和高溫等場合，基于氮化鎵晶體管代替硅基MOSFET產(chǎn)生了帶有同步整流功能的硬開關(guān)半橋DC/DC電源模塊。使用氮化鎵晶體管可以使DC/DC電源模塊工作在較高頻率而不會帶來效率的大幅下降，同時使用小型LC濾波器即可實現(xiàn)低輸出紋波，具有體積小、效率高、紋波小和動態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點。今年小米發(fā)布了65W氮化鎵的充電器，體積是標(biāo)配的一半大小。業(yè)內(nèi)認(rèn)為這標(biāo)志消費級氮化鎵手機電源市場起量。同時低功率快速充電USB電源適配器和游戲類筆記本電腦高功率適配器等也應(yīng)用了氮化鎵材料。隨著合適的驅(qū)動器、控制器和電源轉(zhuǎn)換模塊方案用于服務(wù)器、云和電信等更高功率的應(yīng)用場景，傳統(tǒng)材料的技術(shù)性能已經(jīng)發(fā)展到了瓶頸階段，因此，對于新型材料的應(yīng)用變得越來越緊迫，氮化鎵半導(dǎo)體材料的應(yīng)用為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了可能性。

7通信電源技術(shù)突破市場需求

7.1更高的輸出功率

由于5G通信需要采用MassiveMIMO等技術(shù)，5G基站的AAU單扇區(qū)輸出功率由4G的40W～80W上升到200W甚至更高，同時由于處理的數(shù)據(jù)量大幅度增加造就了對應(yīng)的設(shè)備處理數(shù)據(jù)基數(shù)的噴涌膨脹，其功率已經(jīng)超過1000W，然而為了確保原有的信息處理功率其對于機械運轉(zhuǎn)效率的要求不斷拉升，進(jìn)而導(dǎo)致其對于設(shè)備的運轉(zhuǎn)的輸出功率有著更為嚴(yán)苛的要求。同原有4G通信基站供電的通信電源輸出功率2000W～3000W相比，現(xiàn)今復(fù)合型的電源供給基站不僅是設(shè)備構(gòu)成可謂是錯綜復(fù)雜，其輸出功率的類型以及份額可謂是參差不齊。在追求輸出功率提升的同時仍舊需要依據(jù)不同類型的通信設(shè)備需求從而配給通信電源供給，其在極大程度上加劇了輸出功率拉升的技術(shù)困難程度。

7.2設(shè)備散熱保障

通信設(shè)備的使用離不開電力的供應(yīng)，而在這一過程中的安全隱患，是大多數(shù)企業(yè)往往會疏忽的地帶。但一旦安全隱患被觸及，導(dǎo)致隱患升級轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重事故，其不僅會對企業(yè)造成意外且龐大的經(jīng)濟(jì)損失，還會對企業(yè)的安全保障聲譽造就惡劣影響，進(jìn)而影響消費者對公司的產(chǎn)品主觀上失去好感。無論是何種后果，對于企業(yè)的影響都是不容忽視且不容小覷的，因而圍繞通信設(shè)備電源供給體系構(gòu)筑當(dāng)中的散熱環(huán)節(jié)需要企業(yè)以及政府做出針對性管控。但現(xiàn)今市場多數(shù)應(yīng)用的散熱技術(shù)在多數(shù)情況下無一不面對著耗能大與成本高以及散熱效率不盡如人意的技術(shù)困擾，其進(jìn)而造就了市場對于散熱技術(shù)的性能優(yōu)化以及安全保障等多方面的技術(shù)革新需求。

8提高5G通信電源穩(wěn)定性的重要舉措

8.1 DC機房電源

在直流穩(wěn)壓電源（DC電源）的信號、電壓轉(zhuǎn)變期間，可利用5G技術(shù)監(jiān)控變壓器、整體電路、濾波電路、穩(wěn)壓電源等組件，以便在協(xié)調(diào)各組操控數(shù)據(jù)的過程中監(jiān)控出機房運行元件的功能和狀態(tài)，具體可從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化：第一，需要在核心區(qū)域加裝邊緣機房，并固定邊緣機房的位置在開關(guān)電源附近。在此期間，技術(shù)人員需應(yīng)用“雙電源系統(tǒng)”機組進(jìn)行持續(xù)供電。例如在電源設(shè)計期間，智能化技術(shù)可整合開關(guān)電源（A、B）的電源信息，依據(jù)主體控制設(shè)備、備用控制設(shè)備進(jìn)行電源分配;在UPS系統(tǒng)應(yīng)用期間，系統(tǒng)可自行將并機供電模型分為A端和B端，再將得到的控制數(shù)據(jù)上傳至ICT設(shè)備中，以便更科學(xué)的對不同機組、機房元件進(jìn)行持續(xù)性供電。若部分網(wǎng)端設(shè)備的供電異常時，5G技術(shù)可自動關(guān)閉并標(biāo)識故障區(qū)域，啟動備用供電、用電裝置，控制后期維修期間網(wǎng)元系統(tǒng)掉線的幾率。第二，5G系統(tǒng)改變了信息交互、網(wǎng)元數(shù)據(jù)的集成模型，有利于提升整體組網(wǎng)的供電安全性。由此可見，為了凸顯出直流供電的控制要求，需要技術(shù)人員分析不同直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)的運行特點，可方便在供電、用電期間得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)方式。第三，電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善，改變了供電規(guī)劃及區(qū)域性的供電要求，尤其是公共電網(wǎng)的逐步穩(wěn)定，也提升了電網(wǎng)信息的交互、傳遞效率。因此，為了營造出安全的通信電源供應(yīng)模式，可建立主體、備用雙向的通信電源供應(yīng)系統(tǒng)，充分協(xié)調(diào)HVDC的信息框架，再從混合組網(wǎng)的用電規(guī)劃監(jiān)控出通信電源的投入狀況，可滿足不同區(qū)域的市電供應(yīng)需求。總之，為了提升配電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，技術(shù)人員需要協(xié)調(diào)變配電系統(tǒng)的運行狀況，探討機組的保養(yǎng)要點和變配電器的使用要點，方便后期增容擴(kuò)建技術(shù)的進(jìn)行.

8.2電力擴(kuò)容系統(tǒng)的優(yōu)化措施

為了提高電力擴(kuò)容系統(tǒng)應(yīng)用的合理性，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意不同區(qū)域的用電狀況和用電量，總結(jié)地區(qū)用電峰值的實際特征，再給予必要的供電控制，能為市電波谷的儲能控制、峰值監(jiān)控提供有效的數(shù)據(jù)。在此過程中，若用電峰值存在缺口問題時，應(yīng)采用分段控制的模式分析出用電峰谷數(shù)據(jù)，有利于提升擴(kuò)容系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

結(jié)束語

綜上所述，5G時代的到來給通信建設(shè)的發(fā)展提出了更高的要求，因此為不斷滿足時代建設(shè)的通信需求，應(yīng)不斷加強對通信電源系統(tǒng)的建設(shè)與優(yōu)化，進(jìn)而不斷推動相關(guān)系統(tǒng)運行的高速化、多樣化以及集中化發(fā)展。在實際建設(shè)的過程中，要加強對通信電源系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的了解，有效解決其在DC機房電源、無線側(cè)電源、電力擴(kuò)容以及拉遠(yuǎn)距離等方面的技術(shù)問題，進(jìn)而不斷提升電源基礎(chǔ)資源系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

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